автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Влияние процесса виброударного упрочнения на деформации крупногабаритных деталей

На правах рукописи

ПОПОВ Алексей Андреевич

ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ НА ДЕФОРМАЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Специальности 05 03 01 - Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки, 05 02 08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2007

003162433

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Копылов Юрий Романович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Киричек Андрей Викторович, Орловский государственный технический университет,

кандидат технических наук, доцент Сухоруков Николай Владимирович, ФГУП Воронежский механический завод

Ведущая организация Донской государственный технический

университет г Росгов-на-Дону

Защита состоится 14 ноября 2007 г в 14 00 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212 037 04 Воронежского государственного технического университета по адресу 394026 Воронеж, Московский просп, 14

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан 12 октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Кириллов О Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В машиностроении, в частности авиационной промышленности, для упрочняющей обработки крупногабаритных деталей типа балок, лонжеронов, стыковых профилей нервюр крыла и др , работающих при ограничениях массы и интенсивных динамических нагрузках, используются технологии виброударного упрочнения деталей с закреплением Отсутствие кинематической связи инструментальной среды, состоящей из множества интенсивно вибрирующих частиц, с деталью и установкой дает возможность упрочнять детали произвольно сложной формы, однако обуславливает неравномерное формирование остаточных напряжений, что вызывает деформации крупногабаритных деталей Неравномерное формирование среднеарифметической высоты микронеровностей и других параметров качества поверхностного слоя снижает различные эксплуатационные показатели деталей

В этой связи, помимо осредненных значений параметров качества поверхностного слоя, необходимо знание закономерностей их распределения на любых участках детали и точных координат расположения локальных недостаточно упрочненных участков, с учетом конструктивных особенностей деталей, на этапе проектирования технологий Решение этой задачи при экспериментальной отработке технологии вызывает большие затраты средств и времени, возникновение брака дорогостоящих деталей

Актуальной задачей, решаемой в диссертационной работе посредством математического моделирования и экспериментов, является изучение влияния режимов виброударного упрочнения на конечном множестве участков деталей на равномерность формирования параметров качества поверхностного слоя и возникновение деформаций, выявление проблемных локальных участков с недостаточной интенсивностью упрочнения, определение режимов, повышающих качество обработки, с учетом свойств инструментальной среды, размеров и конструктивных особенностей деталей

Суть метода теоретического определения формируемых в процессе виброударной обработки параметров качества поверхностного слоя, выявления недостаточно упрочненных участков детали и деформаций состоит в следующем Создается трехмерная размерная модель детали, контейнера и инструментальной среды, делаются поперечные сечения в плоскости, совпадающей с траекторией колебаний, и продольные сечения, контуры которых разбиваются на отрезки В поперечных сечениях, при определенных начальных условиях, выполняется моделирование процесса виброударного упрочнения с учетом свойств инструментальной среды в окрестности отрезков, для каждого из которых определяются технологические параметры По третьей координате технологические параметры вычисляются посредством выборки информации для отрезков поперечных сечений, расположенных в соответствующих продольных сечениях методом интерполяции

сплайнами Зная длину отрезков, расположенных по двум координатам в поперечных сечениях, и шаг интерполяции по третьей координате в продольных сечениях, переходим к участкам, для которых вычисляются технологические параметры и координаты их трехмерного расположения

Работа выполнена в соответствии с ГБ НИР №2004 15 "Исследование процессов и средств технологического оснащения прогрессивных технологий" и основными научными направлениями ВГТУ "Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракето-космической технике"

Целью работы является повышение качества поверхностного слоя и снижение деформаций крупногабаритных деталей за счет режимов виброударного упрочнения, определенных на основе метода трехмерной оценки деформаций и равномерность высотных параметров микронеровностей и остаточных напряжений, с выявлением локальных труднообрабатываемых участков, с учетом формы, размеров и конструктивных особенностей деталей при виброударном упрочнении с закреплением

Задачи, которые необходимо решить для достижения цели

1 Разработать теоретический метод трехмерного определения параметров качества поверхностного слоя для конечного множества элементарных участков детали, выявления проблемных недостаточно упрочненных участков и координат их расположения, определения режимов, повышающих качество упрочнения, с учетом свойств инструментальной среды, размеров и конструктивных особенностей деталей

2 Теоретически исследовать и установить зависимости динамических параметров процесса виброударного упрочнения от амплитуды колебаний, свойств инструментальной среды, положения силовых экранов, базирования детали и ее конструктивных особенностей и их влияние на равномерность формирования параметров качества детали

3 Установить взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя с расположением и закреплением детали в контейнере, закономерности возникновения неравномерностей остаточных напряжений в зависимости от амплитуды колебаний и диаметров шариков инструментальной среды, закономерности распределения проблемных участков по поверхности детали в зависимости от режимов обработки

4 Определить режимы виброударного упрочнения, обеспечивающие достижение требуемых параметров качества поверхностного слоя и снижение деформаций крупногабаритных деталей сложной формы

5 Экспериментально проверить достоверность метода теоретического определения трехмерного формирования параметров качества поверхностного слоя и снижения деформаций крупногабаритных деталей, разработать технологические рекомендации

Методы исследования Использовались теоретические основы технологии машиностроения и поверхностно-пластического упрочнения В связи с многофакторным влиянием режимов на формирование остаточных на-

пряжений и шероховатости, большим объемом вычислений, оценка равномерности формирования технологических параметров и деформаций осуществляется за счет математического моделирования и экспериментов

На защиту выносятся

1 Разработанный теоретический метод трехмерного определения неравномерности формирования параметров качества виброударного упрочнения поверхностей крупногабаритных деталей сложной формы

2 Установленные зависимости динамики процесса виброударного упрочнения от амплитуды колебаний, свойств инструментальной среды, положения силовых экранов, базирования детали и ее конструктивных особенностей и их влияние на равномерность формирования параметров качества детали и деформации

3 Результаты математического моделирования процесса виброударного упрочнения детали типа стыковой профиль с учетом параметров установки, инструментальной среды, формы, размеров и конструктивных особенностей детали и экранов-вставок, используемых для выравнивания скорости циркуляции и периодических соударений инструментальной среды с участками детали, которые обеспечивают требуемое качество

4 Созданный на основе результатов моделирования алгоритм разработки технологии виброударного упрочнения крупногабаритных деталей сложной формы посредством учета выявленных закономерностей формирования параметров качества поверхностного слоя, обеспечивающий достижение номинальных параметров качества и снижение деформаций

5 Результаты экспериментальной проверки теоретических результатов, положенных в основу алгоритма разработки технологии виброударного упрочнения, который обеспечивает снижение деформаций детали до допустимого уровня при заданных значениях параметров шероховатости и остаточных напряжений, технологические рекомендации

Научная новизна работы состоит в следующем

1 Разработан теоретический метод трехмерного определения неравномерности формирования параметров качества поверхностного слоя и деформаций при виброударном упрочнении деталей сложной формы для конечного множества ее локальных участков, с указанием координат расположения недостаточно упрочненных проблемных участков, технологических параметров и способов повышения равномерности упрочнения

2 Применение дискретно-множественной модели инструментальной среды позволяет применять теоретический метод без экспериментального определения ее динамических свойств, которые в разработанном методе вычисляются через динамические зазоры, скоростные и фазовые параметры моделирования, что позволяет использовать его для любых деталей

3 Установлено, что наибольшее влияние на равномерность формирования параметров качества поверхностного слоя и деформации крупногабаритных деталей оказывает циркуляция инструментальной среды и удель-

ная плотность кинетической энергии соударений частиц инструментальной среды между собой и с участками детали

4 Установлены закономерности влияния режимов работы установки, свойств инструментальной среды, положения силовых экранов, базирования детали и ее конструктивных особенностей на равномерность формирования параметров качества детали и возникновение деформаций при виброударном упрочнении

- при увеличении амплитуды колебаний на 50 % остаточные напряжения повышаются на 20-30%, погрешность увеличивается с 40-55% до 70%,

- рост диаметров шариков на 50 % увеличивает остаточные напряжения на 50-56 % при постоянной погрешности,

- изменение положения детали в инструментальной среде изменяет остаточные напряжения на 15-20% при постоянной погрешности,

- пассивные экраны повышают равномерность остаточных напряжений на 7-12%, активные экраны - на 25-30%, дополнительные колебания детали в направлении проблемных участков - на 40-50% и более.

Практическая значимость:

1 Создан алгоритм разработки технологии виброударного упрочнения крупногабаритных деталей типа стыкового профиля посредством математического моделирования с учетом выявленных закономерностей формирования параметров качества поверхностного слоя, обеспечивающий достижение номинальных параметров качества и снижение деформаций

2 Разработаны технологические рекомендации для промышленной реализации технологии виброударного упрочнения крупногабаритных деталей типа стыковой профиль крыла

3 Определены более эффективные режимы виброударного упрочнения, повышающие равномерность упрочнения и снижающие деформации крупногабаритных деталей, что позволяет повысить на этой основе усталостную прочность и долговечность, снизить массу изделий

4 Предложенная методика использования математического моделирования уменьшает затраты и время на определение режимов и параметров оборудования при экспериментальной отработке технологий виброударного упрочнения, что подтверждается применением результатов исследований в производственном эксперименте по виброударному упрочнению полноразмерной крупногабаритной стыковой нервюры

Реализация результатов Результаты работы применены в производственном эксперименте в авиационном производстве при виброударном упрочнении полноразмерного макета стыковой нервюры крыла Ил-96 Материалы диссертации применяются в учебном процессе ВГТУ по курсу "Технология машиностроения", дипломном и курсовом проектировании

Апробация работы Основные положения работы докладывались на Международной научно-технической интернет-конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" - "Техно-

логия - 2004" (Орел, 2004), VII Международной научно-технической конференции "Динамика технологических систем" (Саратов, 2004), III Международной научно-технической конференции "Разработка, производство и эксплуатация турбо- электронасосных агрегатов и систем на их основе СИНТ-05" (Воронеж, 2005), VII Международной научно-технической конференции "Вибрационные машины и технологии" (Курск, 2005), VI и VII Международных научно-технических конференциях "Авиа-космические технологии АКТ-05, АКТ-06" (Воронеж, 2005, 2006)

Публикации По теме диссертации опубликовано восемь научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат- [3] - разработаны алгоритмы и программы, сделаны обобщения, [4] - выполнены расчеты технологических параметров процесса виброударного упрочнения, [5] - выведены аналитические зависимости для вычислений погрешностей упрочнения, [6] - выполнены исследования процесса виброабразивной обработки, [7] - разработана модель трехмерного формирования параметров качества поверхностного слоя, [8] - построена 3D модель, выполнены расчеты

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и заключения, изложенных на 180 страницах, содержит 86 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 94 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, связанная с деформацией крупногабаритных деталей при неравномерном формировании параметров качества поверхностного слоя при виброударном упрочнении Изложена цель и задачи исследований, представлены научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, указаны методы исследований, показан личный вклад автора в реализацию работы

Первая глава посвящена анализу работ, связанных с равномерным формированием технологических параметров поверхностного слоя при виброударном упрочнении, постановке цели и задач исследований Дана классификация и характеристика причин возникновения неравномерной обработки, влияния этого на деформации деталей, снижение усталостной прочности и долговечности Сделан обзор методов обеспечения равномерности виброударного упрочнения Контроль качества поверхностного слоя по осредненным значениям не обеспечивает достоверной оценки равномерности виброударного упрочнения Экспериментальная отработка режимов по образцам связана со значительными затратами средств и времени, результаты ее применимы только для отрабатываемой конструкции детали Проблемы повышения равномерности виброударного упрочнения деталей с закреплением исследовались в основном экспериментально Аналитиче-

ских методов оценки равномерности формирования параметров качества поверхностного слон для конечного множества участков детали сложной формы с указанием координат их расположения не выявлено.

Во второй главе дается описание разработанного теоретического метода трехмерного определения и отображения параметров качества поверхностного слоя для конечного множества участков, отличающегося тем, что вычисления осуществляются по значениям параметров качества, вычисленных на отрезках (сплайнах), расположенных по двум координатам ХУ по контуру детали в поперечных сечениях моделирования, совпадающих с плоскостью колебаний, и на отрезках посплайновой интерполяции, расположенных по третьей координате 2 в продольных сечениях по длине детали (рис 1). Приведена методика исследования неравномерности формирования остаточных напряжений и влияния их на деформации деталей. Показано, что методика моделирования применима для любых конструкций деталей. Дается описание программных средств и методика экспериментальной проверки результатов математического моделирования.

Автором разработано программное обеспечение, зарегистрированное в ФГУ11 "Всероссийский научно-технический информационный центр Федерального агентства по науке и инновациям Министерства образования и науки Российской Федерации" за № 02068083.01153.0!.

Рис Л. Геометрическая модель стыковой нервюры: а) - 3-х мерная модель нервюры; б) - поперечные сечения; в) - нумерация участков; г) - поперечное сечение контейнера с инструментальной средой и нервюры

В третьей главе обоснована методика и представлены результаты математического моделирования процесса виброударного упрочнения стыковой нервюры крыла (рис 1, а) высотой от 222 до 256 мм, шириной от 275 до 325 мм, длиной 5650 мм, толщина стенок и полок 7-15 мм, диаметр контейнера 520 мм

В результате моделирования для каждого такта соударений частиц инструментальной среды с каждым участком поверхности детали вычисляются скоростные и энергетических параметры процесса виброударного упрочнения, что позволяет избежать применения эмпирических коэффициентов в расчетах значений технологических параметров

В качестве критериев оценки влияния динамики процесса виброударного упрочнения с закреплением на равномерность формирования остаточных напряжений и высотных параметров шероховатости принята скорость циркуляции Ус, удельная плотность энергии соударений между

* п —1 * ^ —1 частицами Э =ЦЭХ и и деталью Э, = ЕЭхи , которые вычисля-

1 4 "ч 1 Тц

ются для единицы объема, равного произведению площади участка на толщину слоя соударяющейся с ним группой частиц иТч = 8уЧЬсл

Энергия соударений J-го участка контура детали с 1-ой группой частиц

Э =-, . . Чч ,(—¿V я* (1)

4 0,5 - *)/(т)- 1|/(0,5Т)~ 2/|1 - К ] Здесь кт - коэффициент группы соударяющихся частиц, определяемый для каждого такта соударения - безразмерная величина, шч - масса одной частицы, - скорость соударений ^го участка детали с 1-ми частицами,

Чг(Т) - производная функции скоростной подвижности вибрирующих частиц, И - коэффициент восстановления скорости соударений

В отличии от предыдущих работ, в расчетах используются не экспериментальные параметры инструментальной среды, а теоретические значения скоростных, временных, зазорных и фазовых параметров

При увеличении амплитуды колебаний А в диапазоне от 0,4 до 0,6 см установлены следующие закономерности распределения удельной плотности кинетической энергии инструментальной среды Э* Низкие значения * ч

Эт =10-100 Дж/ м с увеличением амплитуды изменяются незначительно и занимают 55-65% объема инструментальной среды иис Средние Э*= 100200 Дж/ м3 слабо растут, главным образом, на нижних поверхностях дета-

ли и занимают 30-35% Более высокие значения Эт =200-300 Дж/м растут наиболее интенсивно и занимают соответственно для амплитуд А=0,4, 0,5, 0,6 см 5-7%, 10-12%, 20-23%, за счет снижения объема иис с меньшими

значениями Э*

С увеличением с!ш, из-за увеличения массы соударяющихся с ^ым участком группы частиц, удельная плотность энергии растет в диапазоне Э* =200-300Дж/м3 следующим образом При с1=0,4 см Э* =200-230 занимает 10-12% от объема инструментальной среды иис, при <1=0,5 см

Э* =230-260 - 12-15% от иис , при <1=0,6 см Э* =260-300 Дж/ м3 - 20-25%

Положение детали по высоте и углу базирования в контейнере осуществляется из условий превышения границы инструментальной среды над деталью и минимального расстояния детали до стенки контейнера не менее 10 диаметров частиц и обеспечения виброударных перемещений инструментальной среды и замкнутости ее циркуляционных потоков

В четвертой главе теоретически исследуются закономерности формирования от амплитуды и формы траектории, диаметра частиц, базирования, конструктивных особенностей детали и экранов в контейнере

Шероховатость для ^го участка поверхности вычисляется по формуле, где уточняются свойства инструментальной среды в окрестности элементарных площадок в виде функции виброподвижности Ф j (Т), (

в, 1 п~6 - ^¿{¿Ег. ^исх ш * л

кг ^

2ЭТ[|(ф/Г))2

тгНМд <1^

106, мкм (2)

где - исходная среднеарифметическая высота неровностей, ки - коэффициент относительного внедрения микронеровностей инструмента в микронеровности детали, к^, - коэффициент относительной деформации высот микронеровностей детали в центре отпечатка, к^ - коэффициент

формы исходного профиля микронеровностей детали, к*- приведенный радиус кривизны соударяющихся частицы и детали, НМ- динамическая твердость поверхности детали, <1ч- диаметр частиц инструментальной среды, Ф^Т)- функция вибрационных перемещений частиц

С увеличением амплитуды Ад относительная площадь участков с номинальным 11гном=11*| повышается при Ад=0,4см =44%, при

í ¡ 1,1

Ад =0,5 см Sp^ ~60%, при Ад =0,6 см S^j, снижается до 42% за счет роста

Sr^c меньшей шероховатости Rzj = 9^¡MKM. Неравномерность формирования шероховатости при установке пассивных экранов снижается не более чем на 12%; активных экранов - не более 30%; вращение детали и смена траекторий через 10-15 мин снижает погрешность до 50-60%.

Средние значения Ricp с увеличением Ад в диапазоне от 0,4 до 0,6 см снижаются с RzHCX = 22^'т мкм примерно до RzCp = 12,7-11,1 мкм с увеличением относительной погрешности ARz*p с 9-12% до 15-17%. С увеличением dm с 0,4 до 0,6 см RzCp увеличиваются с 9,6 до

Рис, 2. Эпюра распределения мкм- ПРИ р°сте ARz*p с

Rzj в поперечном сечении А-А 9,4% до 17,5%.

Относительная площадь S*^, с Rzlf0M = 1 I"'J мкм при увеличении du,

частиц для различных участков детали снижаемся: при dш =0,4 см

Srz-85%; при dy, =0,5 см S^ =75%; при dUI=0,6cm =60%,

Увеличение высоты расположения детали от дна контейнера диаметром 520 мм с 50 до 150 мм изменяет RzC|-, на 7-10 % со смещением координат расположения проблемных зон с повышенной шероховатостью.

В пятой главе теоретически исследуются закономерности влияния амплитуды и формы траектории, диаметра частиц, базирования детали и экранов в контейнере, конструктивных особенностей детали на равномерность формирования остаточных напряжений на j-ых участках детали

1 Л

9,8-Эт.. ¿Г,

i—v¡

5

, МПа (3)

где kR , kr¡. - коэффициенты склонности материала детали к упрочнению, кривизны соударяющихся поверхностей.

Остаточные напряжения <т_0 в среднем по всем участкам сечений детали с увеличением амплитуды А д в диапазоне 0,4-0,6 см повышаются па

22-28%, при увеличении Ао*.у с 40-60% до 75-85%. При А =0,4 см относительная площадь участков с с^ =490-600МПасоставляет 8^=56%. При Ад =0,5 см 5^=72%, при Ад=0,6см =92%.

301

316ТЖ>,

Й >750 МПа □ 600 МПа 3%

а) [ц:

320. 291

277 = 474";

13 900 МПа 13%

1300 МПа 9%

\

□ 450 МПа I

36%

)

^щщешгсб)

600 МПа\ /

\ /

Рис. 3, Эпюра формирования а_о| (¿0 и распределения от с!ш в сечении А-А: б) - с1ш=0,4; в) - ¿,„=0,5 см( Ал=0,5 см; Гц; к3 =80%)

форма профиля • ■ ■■ !;о А А

а) б)

Рис. 4. Гистограмма посплампового распределения остаточных напряжений в зависимости от конструктивной формы ссчсния детали: а) -

гистограмма; 6} - эпюры энергии соударений; в) - поперечные сечения

10

При увеличении диаметра шариков dm посплайновые величины ct_oj

*

и Sa интенсивно растут (рис 3, б, в) Средние по участкам остаточные напряжения а_0 с увеличением dm также растут Для с1ш=0,4см с>_0= 267

МПа, для с!ш =0,5 с_0 =330 МПа, для dm =0,6 ст_0=419 МПа При этом

*

относительная погрешность Аст_0 изменяется в малых пределах 40-55%

При изменении высоты закрепления детали с 50 до 150 мм от дна контейнера значения а_0 изменяются в диапазоне 310-357 МПа, погрешности

Да10 =50-55% Изменения а_0 и a_0J вызваны изменением циркуляционных потоков и удельной плотности энергии соударений Э* (рис 4)

Для наиболее простого сечения детали С-С (рис 4,в) без нижней полки сг_0 =356 МПа, Асу* 0 =40,4%, 83% из 463 участков в сечении А-А имеют

a_0j =400-600 МПа (рис 4,а) Для наиболее сложного сечения К-К (рис

¡f¡

4,в) с симметричным расположение полок а_0 =326МПа, АаСр =48%, 90%

из 547 участков имеют a_0j =400-600 МПа

При установке экранов в верхней части инструментальной среды вдоль направления ее циркуляционных потоков на расстоянии 9-10 диаметров частиц от поверхности детали, из-за возникновения двухсторонних соударений ее с деталью, обеспечиваются более значительные средние остаточные напряжения а_0 = 392 МПа с относительной погрешностью

Асг*0 = 32,5 %; при отсутствии экранов а_0 = 330 МПа Аа* 0 = 39,5 %

В шестой главе представлены результаты расчетов деформации стыкового профиля нервюры (высота Н=256 мм, длина L=5650 мм), результаты экспериментальной проверки (рис 5), алгоритм проектирования технологии. Методика расчетов деформаций применима для любых деталей, так как в ней используются обобщенные параметры равномерности формирования остаточных напряжений, и ограничена лишь точностью разностных схем метода конечных элементов в системе ANSYS

Согласно эпюрам остаточных напряжений, сформированных на различных поверхностях детали, методом конечных элементов определяется эпюра изгибающего и крутящего моментов, на основании которых определяются деформации Результаты расчета деформаций для макета детали «стыковой профиль нервюры» в виде эпюры и фрагмента смещения сетки конечных элементов приведены на рис 5

б)

Рис. 5. Сетка деформаций стыкового профидя (а) нервюры при защемлении ближнего торца (по мере удаления от ближнего торца видно раздвоение сетки деформаций); цветовая визуализация деформаций (б) при двух защемленных горцах (максимальный прогиб = 2,27 мм)

Допустимая деформация лолок 5с = +0,5мм; нервюры по длине мм; неравномерность остаточных напряжений ¡о,0| =90-100 МПа. погрешность |дп*0 = 15-20% при оном - 450 МПа . Для обеспечения таких условий при упрочнении деталей из стали 30ХГСНД с плоскостной траекторией колебаний рекомендуется амплитуда скорости Аш =0,9-1,2 м/с; из титановых сплавов тиПа вт6 Аш=0,8-0,9 м/с; из алюминиевых сплавов типа В95Т Аш =0,6-0,7 м/с, при неравномерности Д( Асо) < 15-20 %.

При вычислениях деформаций использовался программный комплекс и метод Давиденкова, согласно которому

3a.0h0L2(1-v)

м

(4)

Проектирование технологии виброударного упрочнения деталей осуществляется методом синтеза с применением следующего алгоритма.

1. Строится геометрическая модель детали, задаются свойства материала, параметры установки. Определяются номинальные и допустимые значения технологических параметров и деформации детали.

2. По формулам (2) и (3), подставляя значения параметров качества поверхностного слоя, определяется энергия периодических соударений, необходимая для формирования номинальных значений шероховатости Rz и остаточных напряжений.

3. Определяются допустимые диапазоны значений параметров режима обработки.

4. Посредством математического моделирования, по методике, изложенной в главах 3; 4; 5, определяется посплайиовое формирование расчетных значений остаточных напряжений, шероховатости и других технологических параметров, выявляются проблемные участки с недостаточным упрочнением, вычисляются деформации детали.

5. Разрабатываются и моделируются способы повышения равномерности упрочнения, последовательно изменяя положение детали в инструментальной среде, используя реверс направления траектории колебаний, диаметр частиц инструментальной срсды, установку пассивных и активных экранов, дополнительные направленные колебания и др., добиваясь требуемой равномерности и допустимых деформаций.

6. Выбранные режимы обработки и способы обеспечения равномерности проверяются экспериментально при отработке разработанной технологии виброударного упрочнения конкретной детали.

0i мпа Позиция "в" образцов в продольном сечении "В"

1000 i ■-.......

gao Щ ~*~аТ -600 " ~

400 (J^j

200

0

N° сеч. 24

48

72

96

120

144

Рис. 6. Теоретические и экспериментальные остаточные напряжения в плоских образцах в продольном сечении «В» стыковой нервюры (рис.1)

Экспериментальная проверка результатов исследований выполнена в производственном эксперименте виброударного упрочнения полноразмерного макета стыковой нервюры по величине прогиба 72-х контрольных пластинок, которые закреплялись на макете детали Сравнение расчетных значений с экспериментальными (фрагмент для сечения «В» представлен, на рис 6) показало, что среднее расхождение между ними как в продольных, так и в поперечных сечениях не превышает 47% Ранее разработанные методы не позволяют определять технологические параметры для различных участков детали, расхождение с экспериментом в два - три раза больше

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основным результатом работы является повышение качества поверхностного слоя и снижение деформаций крупногабаритных деталей при виброударном упрочнении, при сокращении затрат и времени на экспериментальную отработку Для этого был разработан метод теоретического определения трехмерного формирования параметров качества поверхностного слоя при виброударном упрочнении деталей с закреплением, для конечного множества ее участков с указанием координат расположения проблемных недостаточно упрочненных участков Из расчетов динамических свойств инструментальной среды исключены эмпирические параметры -масса соударяющейся группы частиц, вибровязкость, квзиупругая жесткость и коэффициент диссипации, поскольку параметры инструментальной среды определяются непосредственно математическим моделированием

Установлено, что равномерность формирования параметров качества поверхностного слоя при виброударном упрочнении деталей с закреплением зависит от равномерности распределения удельной кинетической энергии соударений частиц инструментальной среды между собой и с участками детали.

Установлено, что влияние конструктивных особенностей детали на равномерность формирования параметров качества поверхностного слоя частично компенсируется, базированием детали - на 10-15%, установкой пассивных силовых экранов на расстоянии 8-10 диаметров шариков от поверхности - на 20-25%, установкой активных силовых экранов на 40-47%

Установлена теоретически и подтверждена экспериментально закономерная связь влияния неравномерности формирования величины и глубины остаточных напряжений первого рода на деформации деталей малой жест-, кости (на примере крупногабаритной стыковой нервюры крыла Ил-96) Величина деформаций деталей малой жесткости на этапе проектирования технологии виброударного упрочнения определяется на основе закономерностей трехмерного распределения остаточных напряжений в ее поверхностном слое

1 Разработан и обоснован метод теоретического определения трехмерного формирования параметров качества поверхностного слоя при виброударном упрочнении детали с закреплением, с учетом динамических свойств инструментальной среды На теоретическом этапе проектирования технологии метод выявляет труднообрабатываемые участки детали, определяет погрешности формирования параметров качества поверхностного слоя и деформации

2 Установлены закономерности влияния параметров установки, свойств инструментальной среды, положения силовых экранов, базирования детали и ее конструктивных особенностей на равномерность формирования параметров качества детали и возникновение деформаций при виброударном упрочнении

3 Для повышения качества поверхностного слоя без увеличения погрешностей целесообразно увеличивать диаметр шариков, в пределах радиусов галтелей детали, так как их увеличение на 50 % повышает остаточные напряжения на 50-56 % без значительного увеличения погрешности

4 При небольших неравномерностях формирования остаточных напряжений 7-12% на локальных участках целесообразно использовать пассивные экраны, при средних неравномерностях - 25-30% целесообразно использовать активные экраны, при значительной неравномерности - 4050% целесообразно использовать дополнительные колебания в направлении проблемных участков детали

5 Различные расположения детали в инструментальной среде изменяют остаточные напряжения на 15-20% при постоянной погрешности, при значительном изменении координат расположения недостаточно упрочненных участков

6 На основе результатов математического моделирования создан алгоритм разработки технологии виброударного упрочнения крупногабаритных деталей посредством учета выявленных закономерностей формирования параметров качества поверхностного слоя, обеспечивающий достижение номинальных параметров качества и снижение деформаций

7 Экспериментально подтверждена достоверность метода теоретического определения трехмерного формирования остаточных напряжений в производственном эксперименте при виброударном упрочнении полноразмерного макета нервюры расхождение теоретических и экспериментальных результатов не превышает 47% Ранее разработанные методы дают осредненные результаты, имеют в два - три раза большие расхождения

8 Использование математического моделирования уменьшает затраты и время на определение режимов виброударного упрочнения, что подтверждается применением результатов исследований в производственном эксперименте по виброударному упрочнению полноразмерной крупногабаритной стыковой нервюры

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1 Попов А А Равномерность посплайнового формирования остаточных напряжений при виброударном упрочнении // Технология машиностроения 2007 №6 С 46-48

2 Попов А А. Равномерность посплайнового формирования шерохо- • ватости при виброударном упрочнении // Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. № 6 С 11-14

Статьи и материалы конференций

3 Копылов Ю Р, Попов А А, Сорокин А В Моделирование динамических параметров процесса виброударного упрочнения деталей сложной формы // Вестник Орловского государственного технического университета Сер Машиностроение Приборостроение 2004 №4 С 46-48

4 Копылов Ю Р, Копылов А Ю, Попов А А Численное моделирование динамики процесса виброударной обработки с учетом формы и расположения поверхностей детали // Динамика технологических систем, сб тр VII междунар. науч -техн конф Саратов, 2004 С 221-223

5 Копылов Ю Р., Копылов А Ю , Попов А А Снижение погрешностей виброударного упрочнения крупногабаритных деталей // Авиа-космические технологии АКТ-05 труды VI междунар науч -техн. конф Воронеж, 2005 Ч 1.С 9-12

6 Копылов Ю Р , Попов А А Моделирование процесса виброабразивной обработки центробежной крыльчатки // Разработка, производство и эксплуатация турбо-, электронасосных агрегатов и систем на их основе СИНТ-05 труды Щ междунар науч -техн конф Воронеж, 2005 С 231-234

7 Копылов Ю.Р , Попов А А К проблеме трехмерного моделирования процесса виброударного упрочнения // Авиа-космические технологии АКТ-06 труды VII междунар науч -техн конф Воронеж, 2006 С 542-546

8 Копылов Ю Р , Попов А А Информационно-компьютерные технологии виброударного упрочнения // Информационно-компьютерные технологии и мехатроника ИКТМ-2007 труды междунар конф Дивноморск,

2007 С 147-132

Подписано в печать 11 10 2007 Формат 60x84/16 Бумага для множительных аппаратов Уел печ л 1,0 Тираж 90 экз Заказ №

ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп , 14

Введение.

1. Обзор работ по проблемам оценки равномерности виброударного упрочнения деталей. Постановка цели и задач исследований.

1.1. Технологические возможности процессов виброударного упрочнения деталей сложной формы.

1.2. Влияние неравномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений на эксплуатационные свойства изделий.

1.3. Причины возникновения и методы оценки неравномерностей формирования шероховатости и остаточных напряжений при виброударном упрочнении.

1.4. Технологические методы обеспечения равномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений.

1.5. Анализ методов моделирования виброударного упрочнения и возможности их применения для посплайнового расчета технологических параметров поверхностного слоя детали.

1.6. Постановка цели и задач исследований.

2. Методика теоретических и экспериментальных исследований.

2.1. Разработка методики посплайновой оценки равномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений.

2.2. Методика посплайнового математического моделирования процесса виброударного упрочнения. Математическое описание динамики технологической системы.

2.3. Методика теоретического определения посплайнового распределения шероховатости и остаточных напряжений.

2.4. Методика построения трехмерного отображения параметров шероховатости и остаточных напряжений.

2.5. Программное и аппаратурное обеспечение посплайновой оценки равномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений.

2.6. Методика экспериментальной проверки результатов.

3. Теоретическое исследование скоростных и энергосиловых параметров процесса виброударного упрочнения.

3.1. Постановка задачи математического моделирования скоростных и энергосиловых параметров процесса.

3.2. Влияние амплитуды колебаний контейнера и детали на скоростные и энергетические параметры обработки.

3.3. Влияние размера инструментальных частиц на равномерность энергосиловых параметров обработки.

3.4. Исследование влияния углового положения детали в контейнере на равномерность энергосиловых параметров.

3.5. Влияние положения детали по высоте контейнера на скоростные и энергосиловые параметры.

3.6. Зависимость энергосиловых параметров от конструктивного профиля сечения детали.

3.7. Исследование влияния силовых экранов на динамические параметры процесса виброударной обработки.

4. Исследование влияния режимов обработки, инструментальной среды, базирования и конструкции детали на шероховатость.

4.1. Особенности посплайнового исследования шероховатости.

4.2. Влияние амплитуды колебаний детали и контейнера на формирование шероховатости.

4.3. Зависимость посплайнового формирования шероховатости от диаметра частиц инструментальной среды.

4.4. Исследование влияния расположения детали по высоте контейнера на посплайновое формирование шероховатости.

4.5. Исследование влияния конструктивных особенностей детали на посплайновое формирование шероховатости.

4.6. Влияние силовых экранов на посплайновое формирования шероховатости.

4.7 Исследование трехмерной посплайновой модели шероховатости.

5. Исследование влияния режимов обработки, инструментальной среды, базирования и конструкции детали на формирование остаточных напряжений.

5.1. Особенности посплайнового исследования формирования остаточных напряжений.

5.2. Влияние амплитуды колебаний детали и контейнера на формирование остаточных напряжений.

5.3. Зависимость посплайнового формирования остаточных напряжений от диаметра частиц инструментальной среды.

5.4. Исследование влияния базирования детали по высоте контейнера на посплайновое формирование остаточных напряжений.

5.5. Исследование влияния конструктивных особенностей детали на посплайновое формирование остаточных напряжений.

5.6. Влияние силовых экранов на посплайновое формирование остаточных напряжений.

5.7. Исследование трехмерной модели посплайнового формирования остаточных напряжений.

6. Исследование деформации деталей при неравномерном формировании остаточных напряжений. Экспериментальная проверка.

6.1 Физическая сущность влияния неравномерного формирования остаточных напряжений на снижение усталостной прочности и возникновение деформаций деталей.

6.2. Анализ деформаций при неравномерном формировании остаточных напряжений в программном комплексе ANS YS.

6.3. Разработка технологических рекомендаций по обеспечению равномерности формирования шероховатости и остаточных напряжений.

6.4. Проверка достоверности численного моделирования трехмерного посплайнового формирования остаточных напряжений.

Актуальность темы диссертации. В машиностроении, в частности авиационной промышленности, для упрочняющей обработки крупногабаритных деталей типа балок, лонжеронов, стыковых профилей нервюр крыла и др., работающих при ограничениях массы и интенсивных динамических нагрузках, используются технологии виброударного упрочнения деталей с закреплением. Отсутствие кинематической связи инструментальной среды, состоящей из множества интенсивно вибрирующих частиц, с деталью и установкой дает возможность упрочнять детали произвольно сложной формы, однако обуславливает неравномерное формирование остаточных напряжений, что вызывает деформации крупногабаритных деталей. Неравномерное формирование среднеарифметической высоты микронеровностей и других параметров качества поверхностного слоя снижает различные эксплуатационные показатели деталей.

В этой связи, помимо осредненных значений параметров качества поверхностного слоя, необходимо знание закономерностей их распределения на любых участках детали и точных координат расположения локальных недостаточно упрочненных участков, с учетом конструктивных особенностей деталей, на этапе проектирования технологий. Решение этой задачи при экспериментальной отработке технологии вызывает большие затраты средств и времени, возникновение брака дорогостоящих деталей.

Актуальной задачей, решаемой в диссертационной работе посредством математического моделирования и экспериментов, является изучение влияния режимов виброударного упрочнения на конечном множестве участков деталей на равномерность формирования параметров качества поверхностного слоя и возникновение деформаций, выявление проблемных локальных участков с недостаточной интенсивностью упрочнения, определение режимов, повышающих качество обработки, с учетом свойств инструментальной среды, размеров и конструктивных особенностей деталей.

Суть метода теоретического определения формируемых в процессе виброударной обработки параметров качества поверхностного слоя, выявления недостаточно упрочненных участков детали и деформаций состоит в следующем. Создается трехмерная размерная модель детали, контейнера и инструментальной среды; делаются поперечные сечения в плоскости, совпадающей с траекторией колебаний, и продольные сечения, контуры которых разбиваются на отрезки. В поперечных сечениях, при определенных начальных условиях, выполняется моделирование процесса виброударного упрочнения с учетом свойств инструментальной среды в окрестности отрезков, для каждого из которых определяются технологические параметры. По третьей координате технологические параметры вычисляются посредством выборки информации для отрезков поперечных сечений, расположенных в соответствующих продольных сечениях методом интерполяции сплайнами. Зная длину отрезков, расположенных по двум координатам в поперечных сечениях, и шаг интерполяции по третьей координате в продольных сечениях, переходим к участкам, для которых вычисляются технологические параметры и координаты их трехмерного расположения.

Работа выполнена в соответствии с ГБ НИР №2004.15 "Исследование процессов и средств технологического оснащения прогрессивных технологий" и основными научными направлениями ВГТУ "Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракето-космической технике".

Целью работы является повышение качества поверхностного слоя и снижение деформаций крупногабаритных деталей за счет режимов виброударного упрочнения, определенных на основе метода трехмерной оценки деформаций и равномерность высотных параметров микронеровностей и остаточных напряжений, с выявлением локальных труднообрабатываемых участков, с учетом формы, размеров и конструктивных особенностей деталей при виброударном упрочнении с закреплением.

Задачи, которые необходимо решить для достижения цели: 1. Разработать теоретический метод трехмерного определения параметров качества поверхностного слоя для конечного множества элементарных участков детали, выявления проблемных недостаточно упрочненных участков и координат их расположения, определения режимов, повышающих качество упрочнения, с учетом свойств инструментальной среды, размеров и конструктивных особенностей деталей.

2. Теоретически исследовать и установить зависимости динамических параметров процесса виброударного упрочнения от амплитуды колебаний, свойств инструментальной среды, положения силовых экранов, базирования детали и ее конструктивных особенностей и их влияние на равномерность формирования параметров качества детали.

3. Установить взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя с расположением и закреплением детали в контейнере, закономерности возникновения неравномерностей остаточных напряжений в зависимости от амплитуды колебаний и диаметров шариков инструментальной среды, закономерности распределения проблемных участков по поверхности детали в зависимости от режимов обработки.

4. Определить режимы виброударного упрочнения, обеспечивающие достижение требуемых параметров качества поверхностного слоя и снижение деформаций крупногабаритных деталей сложной формы.

5. Экспериментально проверить достоверность метода теоретического определения трехмерного формирования параметров качества поверхностного слоя и снижения деформаций крупногабаритных деталей, разработать технологические рекомендации.

Методы исследования. Использовались теоретические основы технологии машиностроения и поверхностно-пластического упрочнения. В связи с многофакторным влиянием режимов на формирование остаточных напряжений и шероховатости, большим объемом вычислений, оценка равномерности формирования технологических параметров и деформаций осуществляется за счет математического моделирования и экспериментов.

На защиту выносятся

1. Разработанный теоретический метод трехмерного определения неравномерности формирования параметров качества виброударного упрочнения поверхностей крупногабаритных деталей сложной формы.

2. Установленные зависимости динамики процесса виброударного упрочнения от амплитуды колебаний, свойств инструментальной среды, положения силовых экранов, базирования детали и ее конструктивных особенностей, и их влияние на равномерность формирования параметров качества детали и деформации.

3. Результаты математического моделирования процесса виброударного упрочнения детали типа стыковой профиль с учетом параметров установки, инструментальной среды, формы, размеров и конструктивных особенностей детали и экранов-вставок, используемых для выравнивания скорости циркуляции и периодических соударений инструментальной среды с участками детали, которые обеспечивают требуемое качество.

4. Созданный на основе результатов моделирования алгоритм разработки технологии виброударного упрочнения крупногабаритных деталей сложной формы посредством учета выявленных закономерностей формирования параметров качества поверхностного слоя, обеспечивающий достижение номинальных параметров качества и снижение деформаций.

5. Результаты экспериментальной проверки теоретических результатов, положенных в основу алгоритма разработки технологии виброударного упрочнения, который обеспечивает снижение деформаций детали до допустимого уровня при заданных значениях параметров шероховатости и остаточных напряжений; технологические рекомендации.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Разработан теоретический метод трехмерного определения неравномерности формирования параметров качества поверхностного слоя и деформаций при виброударном упрочнении деталей сложной формы для конечного множества ее локальных участков, с указанием координат расположения недостаточно упрочненных проблемных участков, технологических параметров и способов повышения равномерности упрочнения.

2. Применение дискретно-множественной модели инструментальной среды позволяет применять теоретический метод без экспериментального определения ее динамических свойств, которые в разработанном методе вычисляются через динамические зазоры, скоростные и фазовые параметры моделирования, что позволяет использовать его для любых деталей.

3. Установлено, что наибольшее влияние на равномерность формирования параметров качества поверхностного слоя и деформации крупногабаритных деталей оказывает циркуляция инструментальной среды и удельная плотность кинетической энергии соударений частиц инструментальной среды между собой и с участками детали.

4. Установлены закономерности влияния режимов работы установки, свойств инструментальной среды, положения силовых экранов, базирования детали и ее конструктивных особенностей на равномерность формирования параметров качества детали и возникновение деформаций при виброударном упрочнении:

- при увеличении амплитуды колебаний на 50 % остаточные напряжения повышаются на 20-30%, погрешность увеличивается с 40-55% до 70%;

- рост диаметров шариков на 50 % увеличивает остаточные напряжения на 50-56 % при постоянной погрешности;

- изменение положения детали в инструментальной среде изменяет остаточные напряжения на 15-20% при постоянной погрешности;

- пассивные экраны повышают равномерность остаточных напряжений на 7-12%), активные экраны - на 25-30%), дополнительные колебания детали в направлении проблемных участков - на 40-50% и более.

Практическая значимость:

1. Создан алгоритм разработки технологии виброударного упрочнения крупногабаритных деталей типа стыкового профиля посредством математического моделирования с учетом выявленных закономерностей формирования параметров качества поверхностного слоя, обеспечивающий достижение номинальных параметров качества и снижение деформаций.

2. Разработаны технологические рекомендации для промышленной реализации технологии виброударного упрочнения крупногабаритных деталей типа стыковой профиль крыла.

3. Определены более эффективные режимы виброударного упрочнения, повышающие равномерность упрочнения и снижающие деформации крупногабаритных деталей, что позволяет повысить на этой основе усталостную прочность и долговечность, снизить массу изделий.

4. Предложенная методика использования математического моделирования уменьшает затраты и время на определение режимов и параметров оборудования при экспериментальной отработке технологий виброударного упрочнения, что подтверждается применением результатов исследований в произволственном эксперименте по виброударному упрочнению полноразмерной крупногабаритной стыковой нервюры.

Реализация результатов. Результаты работы применены в производственном эксперименте в авиационном производстве при виброударном упрочнении полноразмерного макета стыковой нервюры крыла Ил-96. Материалы диссертации применяются в учебном процессе ВГТУ по курсу "Технология машиностроения", дипломном и курсовом проектировании.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: Международной научно-технической интернет-конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" - "Технология -2004" (Орел, 2004); VII Международной научно-технической конференции "Динамика технологических систем" (Саратов, 2004); III Международной научно-технической конференции "Разработка, производство и эксплуатация турбо-электронасосных агрегатов и систем на их основе. СИНТ-05" (Воронеж, 2005); VII Международной научно-технической конференции "Вибрационные машины и технологии" (Курск, 2005); VI и VII Международных научно-технических конференциях "Авиа-космические технологии. АКТ-05, АКТ-06" (Воронеж, 2005, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [3] - разработаны алгоритмы и программы, сделаны обобщения; [4] - выполнены расчеты технологических параметров процесса виброударного упрочнения; [5] - выведены аналитические зависимости для вычислений погрешностей упрочнения; [6] - выполнены исследования процесса виброабразивной обработки; [7] - разработана модель трехмерного формирования параметров качества поверхностного слоя; [8] - построена 3D модель, выполнены расчеты.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и заключения, изложенных на 180 страницах; содержит 86 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 94 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основным результатом работы является повышение качества поверхностного слоя и снижение деформаций крупногабаритных деталей при виброударном упрочнении, при сокращении затрат и времени на экспериментальную отработку. Для этого был разработан метод теоретического определения трехмерного формирования параметров качества поверхностного слоя при виброударном упрочнении деталей с закреплением, для конечного множества ее участков с указанием координат расположения проблемных недостаточно упрочненных участков. Из расчетов динамических свойств инструментальной среды исключены эмпирические параметры - масса соударяющейся группы частиц, вибровязкость, квзиупру-гая жесткость и коэффициент диссипации, поскольку параметры инструментальной среды определяются непосредственно математическим моделированием.

Установлено, что равномерность формирования параметров качества поверхностного слоя при виброударном упрочнении деталей с закреплением зависит от равномерности распределения удельной кинетической энергии соударений частиц инструментальной среды между собой и с участками детали.

Установлено, что влияние конструктивных особенностей детали на равномерность формирования параметров качества поверхностного слоя частично компенсируется: базированием детали - на 10-15%; установкой пассивных силовых экранов на расстоянии 8-10 диаметров шариков от поверхности - на 20-25%; установкой активных силовых экранов на 40-47%.

Установлена теоретически и подтверждена экспериментально закономерная связь влияния неравномерности формирования величины и глубины остаточных напряжений первого рода на деформации деталей малой жесткости (на примере крупногабаритной стыковой нервюры крыла Ил-96). Величина деформаций деталей малой жесткости на этапе проектирования технологии виброударного упрочнения определяется на основе закономерностей трехмерного распределения остаточных напряжений в ее поверхностном слое.

1. Разработан и обоснован метод теоретического определения трехмерного формирования параметров качества поверхностного слоя при виброударном упрочнении детали с закреплением, с учетом динамических свойств инструментальной среды. На теоретическом этапе проектирования технологии метод выявляет труднообрабатываемые участки детали, определяет погрешности формирования параметров качества поверхностного слоя и деформации.

2. Установлены закономерности влияния параметров установки, свойств инструментальной среды, положения силовых экранов, базирования детали и ее конструктивных особенностей на равномерность формирования параметров качества детали и возникновение деформаций при виброударном упрочнении.

3. Для повышения качества поверхностного слоя без увеличения погрешностей целесообразно увеличивать диаметр шариков, в пределах радиусов галтелей детали, так как их увеличение на 50 % повышает остаточные напряжения на 50-56 % без значительного увеличения погрешности.

4. При небольших неравномерностях формирования остаточных напряжений 7-12% на локальных участках целесообразно использовать пассивные экраны; при средних неравномерностях - 25-30% целесообразно использовать активные экраны; при значительной неравномерности - 40-50% целесообразно использовать дополнительные колебания в направлении проблемных участков детали.

5. Различные расположения детали в инструментальной среде изменяют остаточные напряжения на 15-20% при постоянной погрешности, при значительном изменении координат расположения недостаточно упрочненных участков.

6. На основе результатов математического моделирования создан алгоритм разработки технологии виброударного упрочнения крупногабаритных деталей посредством учета выявленных закономерностей формирования параметров качества поверхностного слоя, обеспечивающий достижение номинальных параметров качества и снижение деформаций.

7. Экспериментально подтверждена достоверность метода теоретического определения трехмерного формирования остаточных напряжений в производственном эксперименте при виброударном упрочнении полно-размерного макета нервюры: расхождение теоретических и экспериментальных результатов не превышает 47%. Ранее разработанные методы дают осредненные результаты, имеют в два - три раза большие расхождения.

8. Использование математического моделирования уменьшает затраты и время на определение режимов виброударного упрочнения, что подтверждается применением результатов исследований в производственном эксперименте по виброударному упрочнению полноразмерной крупногабаритной стыковой нервюры.

1. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / Под ред. А.Н. Резникова. М: Машиностроение. 1977. - 391 с.

2. Адаптивное управление станками / Под ред. Б.С. Балакшина. М.: Машиностроение, 1973. 688 с.

3. Алямовский A.A. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК Пресс, 2004. - 432 с.

4. Бабицкий В.И. Теория виброударных систем. Приближенные методы. -М.: Наука, 1978.-352 с

5. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. М.: Машиностроение, 1974. - 136 с.

6. Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии. Ростов-на Дону. ДГТУ. 1998. - 624 с.

7. Багреев В.В. Протекание процесса удара за пределами применимости теории Герца // Изв. АН СССР. Сер. Механика твердого тела. 1968.- № 3.

8. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М.: Машиностроение, 1978.184 с.

9. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах / Под общ. ред. Д.Г. Красков-ского. М.: КомпьтерПресс, 2002.- 224 с.

10. Басов К.А. ANS YS справочник пользователя. М.: ДМК пресс, 2005.640 с.с пространственными колебаниями рабочих органов. Под ред. П.С. Берника. -Винница.: ВСХИ, 1998. 116 с.

11. Блехман И.И., Левенгарц В.Л. Динамическая модель процесса движения загрузки в рабочих камерах машин для виброабразивной обработки деталей Вопросы динамики и прочности. 1980. Вып. 36. С. 83-93.

12. ВИАМ-НИАТ. ПИЛ.4.404-78. Шлифование и полирование деталей виброабразивным методом. М, 1978.

13. ВИАМ-НИАТ. ПИ. 1.4.444-78. Упрочнение виброударное деталей из конструкционных сталей, титановых и алюминиевых сплавов. М., 1978.

14. Виба Я.А. Оптимизация и синтез виброударных машин. Рига: Зинат-не, 1988.-252 с.

15. Вибрации в технике: Справочник. В 6 т. / Под ред. В.Н. Челомей (пред.) М.: Машиностроение, 1980. - Т.4. 509 с.

16. Вибрации в технике: Справочник. В 6 т. / Под ред. В.Н. Челомей (пред.) М.: Машиностроение, 1980. - Т. 3. - 544 с.

17. Вивденко Ю.Н. Влияние наследственных и вносимых обработкой остаточных напряжений, на коробление дисков газотурбинных двигателей. Авиационная промышленность. // 1988. №2.- С. 15.

18. Вивденко Ю.Н., Мизиряк А.И. Допустимые технологические остаточные напряжения в заготовках дисков газотурбинных двигателей. // Авиационная промышленность. 1990. №1. С. 24.

19. Влияние ударного взаимодействия на усталостную прочность сплавов Д16Т. В.П. Бойцов и др. // Вестник машиностроения. 1987. № 2. С. 6.

20. Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупругости. -М.: Наука, 1980.- 303 с.

21. Гольдсмит В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел. -М.: Изд-во литературы по строительству, 1965. 448 с.

22. Димов Ю.В. Обработка деталей свободным абразивом. Иркутск: Ир-ГТУ, 2000. 293 с.

23. Дрозд М.С., Маталин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты уп-ругопластической контактной деформации.- М.: Машиностроение, 1986. 224 с.

24. Дьяконов В. Mathcad 2001. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. - 832 с.

25. Емцов С.Г., Романенко Е.В., Санамян В.Г. Размерное изменение деталей в процессе вибрационной отделочной обработки. Вопросы вибрационной технологии. Межвузовский сб. науч. статей. Ростов на Дону. 2001. С. 43-44.

26. Игнатов М.И., Певный А.Б. Натуральные сплайны многих переменных. Наука, 1991. -127 с.

27. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272 с.

28. Качество машин: Справочник. В 2 т. Т.1/ А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, H.A. Виткевич и др. -М: Машиностроение, 1995. 256 с.:ил.

29. Касимов В.Г. Предотвращение коробления пера лопатки в процессе дробеструйного упрочнения. // Авиационная промышленность. 1990. - №11.-С. 22.

30. Кильчевский H.A. Теория соударения твердых тел. Киев.: Наука думка, 1969.-320 с.

31. Киричек A.B., Соловьев Статико-импульсные виброударные технологические системы. Москва. 2005. 267 с.

32. Кобринский А.Е., Кобринский A.A. Двумерные виброударные системы. М.: Наука, 1981.-335 с.

33. Кобринский А.Е., Кобринский A.A. Виброударные системы. Динамика и устойчивость. М.: Наука, 1973. -591 с.

34. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2001. 592 с.

35. Копылов Ю.Р. Виброударное упрочнение. Воронеж. ВИМВД. 1999.386 с.4.й науч.- техн. конф. Воронеж, 2003. 4.2. С. 18-23.

36. Копылов Ю.Р., Попов A.A. Численное моделирование динамических параметров процесса виброударного упрочнения деталей сложной формы. Вестник Орловского государственного технического университета. Серия: Машиностроение. Приборостроение. 2004.

37. Копылов Ю.Р., Попов A.A., Сорокин A.B. Влияние формы детали на скоростные и технологические параметры процесс виброударной обработки. Межвуз. сб. науч. статей. Вопросы вибрационной технологи. Ростов на Дону. ДГТУ. 2004.

38. Копылов Ю.Р., Шевцов С.Н., Попов A.A., Сорокин A.B. Воздействие расположения детали на скоростные и технологические параметры процесс виброударной обработки. Межвуз. сб. науч. статей. Вопросы вибрационной технологи. Ростов на Дону. ДГТУ. 2004.

39. Копылов Ю.Р., Шевцов С.Н., Попов A.A., Сорокин A.B. Зависимость динамических и технологических параметров процесса виброударной обработки от траектории колебаний. Межвуз. сб. науч. статей. Вопросы вибрационной технологи. Ростов на Дону. ДГТУ. 2004.

40. Копылов Ю.Р., Копылов А.Ю., Попов A.A. Снижение погрешностей виброударного упрочнения крупногабаритных деталей. Труды шестой Международной научно-технической конференции "Авиа-космические технологии. АКТ-05". Часть 1. ВГТУ. Воронеж. 2005. С. 9-12.

41. Копылов Ю.Р., Попов A.A. К проблеме трех мерного моделирования процесса виброударного упрочнения. Труды седьмой Международной научно-технической конференции "Авиа-космические технологии. АКТ-05". Часть 1. ВГТУ. Воронеж. 2006. С. 542-546.

42. Копылов А. Ю. Исследование равномерности виброабразивной обработки силовой балки // Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия: Тр. 2-го Междунар. науч. симпозиума. Орел: ОРГТУ. 2003. С. 145-148.

43. Копылов А.Ю. Численное моделирование погрешностей виброударного упрочнения крупногабаритных деталей сложной формы // Техника машиностроения. 2004. № 6. С. 63-65.

44. Короткое В.А. О концепции выбора метода упрочнения.// Вестник машиностроения. 1996. № 4. С. 21-22.

45. Косачев М.А. Повышение эксплуатационной надежности дисков компрессора газотурбинных двигателей. // Авиационная промышленность. 1987.-№10 с. 22.

46. Кудрявцев И.В. Основы выбора режимов упрочнения поверхностным наклепом ударным способом // Повышение долговечности деталей машин поверхностным наклепом. Тр. ЦНИИТМАШ. М., 1965. - Вып. -108, - С. 3-27.

47. Мартынов А.Н. Основы метода обработки деталей свободными абразивом, уплотненным инерционными силами. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1981,- 212 с.

48. Маталин A.A. Технология машиностроения. JL, Машиностроение, 1985. -496 с.

49. Нагаев Р.Ф. Механические процессы с повторными затухающими соударениями. М.: Наука, 1980. - 344 с.

50. Обработка вибрационная, от дел очно-упрочняющая. ОСТ 92-1621-81.

51. Обработка деталей свободными абразивами в вибрирующих резервуарах. Карташов И.Н., Шаинский М.Е., Власов В.А. и др.- Киев: Вища школа,1975. 188 с:

52. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

53. Отделочно-упрочняющая обработка деталей многоконтактным виброударным инструментом. Бабичев А.П., Мотренко П.Д. и др. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2003.-2003.- 192 с.

54. Отделочные операции в машиностроении. Справочник. Под общ. ред. П.А. Руденко. 2-е изд., перераб. и доп.- Киев: Техника, 1990. - 150 с.

55. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. М.: Наука, 1977.-223 с.

56. Петросов В.В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. М.: Машиностроение, 1977. - 186 с.

57. Петряев A.A., Тамаркин М.А., Шевцов С.Н. Технологические приложения нестационарных задач динамики бинарных гранулированных сред. Труды междунар. конф. Изд. ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2001, т. 1. С. 226-228.

58. Плявниекс В.Ю. Косое соударение двух тел // Вопросы динамики и прочности. Рига: Зинатне, 1969. - Вып. 19.

59. Поляков М.С. Технология упрочнения: в 2-х томах. М.: СКРИПТ. Машиностроение. 1995. Т.1. 832 с.

60. Поляков М.С. Технология упрочнения: в 2-х томах. М.: СКРИПТ. Машиностроение. 1995. Т.2. 668 с.

61. Прогрессивные методы абразивной обработки деталей машин. Киев.: Техника, 1990,- 152 с.

62. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник. В 3 т. / Под ред. И.А. Биргер. М.: Машиностроение, 1968. Т.З. - 478 с.

63. Пшибыльский В. Технология поверхностной пластической обработки. Пер. с польского Г. Н. Мехед. М.: Металлургия, 1991.- 479 с.

64. Рагульскене B.JI. Виброударные системы. Вильнюс. - Минтис, 1974.

65. Романенко Е.В. Влияние виброобработки на изменение размеров прецизионных деталей. Вопросы вибрационной технологии. Межвузовский сб. науч. статей. Ростов на Дону. 2000. С. 92-93

66. Рудзит Я.А. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей. Рига: Зинатне, 1975. - 216 с.

67. Рыковский Б.П., Смирнов В.А., Щетинин Г.М. Местное упрочнение деталей поверхностным наклепом. М.: Машиностроение, 1985. - 152 с.

68. Саверин М.М. Дробеструйный наклеп. М.: Машгиз, 1955. 312 с.

69. Саляев В.Е., Васильков Д.В. Расчет деформаций пера лопатки воздушного винта под действием остаточных напряжений. // Авиационная промышленность. 1988. №1. - С. 8.

70. Саляев В.Е., Васильков Д.В. Расчет деформаций пера лопатки воздушного винта под действием остаточных напряжений. // Авиационная промышленность. 1988. №1. - С. 8.

71. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы математической физики, 2-е изд. М.: Научный мир, 2003, 316 с.

72. Сергиев А.П., Антипенко Е.И. Отделочная обработка в абразивных средах. Старый Оскол. 1998. - 220 с.

73. Сердюк Л.И., Жигилий С.М., Осина Л.М., Костенко H.H. Динамические возможности управляемого дебалансного вибровозбудителя винтовых колебаний. Вопросы вибрационной технологии. Межвузовский сборник научных статей. Ростов-на-Дону. 2003. С. 11-16.

74. Смелянский В. М. Механика упрочения деталей поверхностным пластическим деформированием.- М: Машиностроение, 2002. 299 с.

75. Смирнов Б.Н. Определение степени пластической деформации по прогибу образцов-свидетелей. // Изв. вузов. Машиностроение. 1984. № 1.

76. Смирнов В.А., Касаткин A.C. Определение времени обработки привиброударном упрочнении // Изв. ВУЗов. Машиностроение. 1975.- №7.

77. Смирнов В.А., Касаткин A.C. Расчет остаточных напряжений, деформаций и перемещений в тонкостенных деталях при виброударной обработке. Труды ин-та КАИ. Казань: КАИ, 1974. Вып. 16. С. 3-9.

78. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. М.: Машиностроение, 1985. Т. 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и др. - 4-е изд. - 495 с.

79. Субач А.П. Динамика процессов и машин объемной обработки. Рига. Зинатне, 1991.-400 с.

80. Суслов А.Г., Рыжов Э.В., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей. М.: Машиностроение, 1979. 176 с.

81. Сызранцев В.Н., Сызранцева К.В. Расчет напряженно-деформированного состояния деталей методами конечных и граничных элементов: Монография. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2000. - 111с.

82. Тамаркин М.А. Повышение эффективности отделочно-зачистной обработки деталей свободными абразивами // Вопросы вибрационной технологии: Межвуз. сб. Ростов-на-Дону, 1993. - С. 17-21.

83. Тамаркин М.А. Технологические основы разработки САПР ТП обработки деталей свободным абразивом. // Вопросы вибрационной технологии: Сб. науч. тр. ДГТУ. Ростов-на-Дону, 1996. С. 68-73.

84. Туманов А.Т., Кишкина С.И., Гринченко И.Г. Поверхностный наклеп высокопрочных материалов. М.: ВИАМ, 1971. - 252 с.

85. Шевцов С.Н. Компьютерное моделирование динамики гранулированных сред в вибрационных машинах. Ростов-на-Дону, 2001. 193 с

86. Феппль А, Феппль JI. Сила и деформация. Прикладная теория упругости. В 2-х т. М.,1936. - 408 с.